MATERIAŁY DO FIZYKOTERAPII

              Fizykoterapia jest to dział fizjoterapii, w którym w celach leczniczych lub profilaktycznych wykorzystuje się czynniki fizyczne /fizykalne/. Czynnikiem fizykalnym nazywa się każdy rodzaj energii występujący w przyrodzie lub wytworzony sztucznie za pomocą specjalnych urządzeń. Do czynników fizykalnych zalicza się energię świetlną, elektryczną, mechaniczną i inne. Każdy z tych czynników może wywierać na organizm działanie bodźcowe, wywołując reakcje ogólne i miejscowe /odczyny/. Działy fizykoterapii: termoterapia, elektroterapia, światłolecznictwo, wodolecznictwo, ultradźwięki. Wykorzystywaniem naturalnych czynników leczniczych znajdujących się w środowisku /wody lecznicze, peloidy, gazowe składniki wód i powietrza/ zajmuję się balneoterapia.

TERMOTERAPIA

              W ujęciu fizycznym termoterapia polega na dostarczaniu, względnie odbieraniu energii cieplnej organizmowi. Podział na ciepło i zimno dostał dokonany w odniesieniu do temperatury ciała ludzkiego. Przeniesienie energii cieplnej /dostarczenie lub odebranie energii kinetycznej/ zachodzi albo bezpośrednio dzięki odpowiednim nośnikom albo pośrednio poprzez absorbcję energii w tkankach. Poszczególne metody różnią się również natężeniem w miejscu aplikacji i czasem działania, jak również związanym z tym nasileniem reakcji organizmu.

LECZENIE CIEPŁEM

              Ciepłem nazywa się energię bezładnego ruchu cząsteczek oraz energię wzajemnego oddziaływania atomów i cząsteczek. I prawo termodynamiki mówi, iż każda aktywność chemiczna, mechaniczna, elektromagnetyczna systemu powoduje wytwarzanie pewnej ilości ciepła.

Jednostka ciepła. Kaloria, określa ilość ciepła potrzebną do ogrzania 1 cm 3 wody o 1°C, od temp. 14.5 do 15.5°C. W układzie SI jednostką ciepła jest dżul (J).  1 cal = 4.186 J

Wymiana ciepła. Przenoszenie energii cieplnej z jednego ciała do drugiego lub z jednej części tego ciała do drugiej, w wyniku dążenia do osiągnięcia średniej energii kinetycznej.

Sposoby wymiany ciepła:

1. Przewodzenie (kondukcja). Polega na wyrównaniu energii kinetycznej cząsteczek w wyniku ich bezpośredniego zderzenia (ciała stałe).
2. Przenoszenie (konwencja). Ruch środowiska gazowego lub ciekłego o różnych temperaturach, powstający w wyniku zmniejszania gęstości części środowiska o wyższej temperaturze, które jako lżejsze unosi się ku górze. 
3. Promieniowanie. Źródłem promieniowania jest ruch molekularny cząstek. Zgodnie z prawem Stefana-Boltzmana każde ciała o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego t=-273.16°C, jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego, którego ilość jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi jego temperatury w skali Kelvina.

Regulacja cieplna organizmu

Temperatura ma wpływ na procesy biologiczne (fizyczne i chemiczne) zachodzące w  żywych organizmach. Im wyżej zorganizowany organizm, tym ma bardziej złożone funkcje do spełnienia przy udziale wysoko wyspecjalizowanego urządzenia sterującego jakim jest system nerwowy. Jego sprawne działanie wymaga stałości temperatury. Zwierzęta są zmiennocieplne, dostosowują temperaturę ciała do warunków otoczenia.

Człowiek jest istotą stałocieplną. Posiada zdolność do równoważenia ciepła produkowanego w ustroju z jego stratami w różnych stanach fizjologicznych i w różnych warunkach termicznych. Stałą temperaturę utrzymuje tylko wnętrze ciała /ok. 37°C/. Powłoka zewnętrzna, o grubości zależnej od warunków otoczenia, zmienia temperaturę odpowiednio do tych warunków. Grubość tej powłoki dochodzi do 2,5 cm i stanowi 20-30% masy ciała. Wysokość temperatury wpływa to na przebieg wszystkich reakcji chemicznych, stan skupienia substancji chemicznych zwłaszcza błon lipidowych oraz trwałość wiązań tworzących cząsteczkę, tempo procesów metabolicznych, szybkość przewodzenia.  Temperatura wnętrza „powinna być” odpowiednio wysoka, aby zapewnić max. sprawność i szybkość przebiegu wszystkich procesów życiowych. Jej wysokość jest ograniczona wrażliwością termiczną czynnych cząsteczek białkowych w środowisku komórkowym. Gdy wzrost temperatury w tkance nerwowej przekracza 42°C, rozpoczyna się niszczenie struktury cząstek białkowych, początek denaturacji. Temperatura wnętrza organizmu jest utrzymywana dzięki termoregulacji blisko tolerancji termicznej czynnej cząsteczki białkowej (zwłaszcza tkanki nerwowej z marginesem tolerancji ok. 5°C.

Ciepło jest ubocznym produktem metabolizmu. W spoczynku wytwarzane jest głównie w wątrobie 26,4%, mięśniach 25,6%, mózgu 18%, sercu 8%, nerkach 7%, a w pozostałych narządach ok.14,5% [dane dla mężczyzny o masie ciał 70kg]. Przemiany oksydacyjne zachodzą w ustroju z dużą efektywnością. Około 30% energii magazynowane jest w wysoce energetycznych wiązaniach ATP, reszta zamienia się w ciepło, które nie może podwyższyć temperatury wnętrza  (czyli części rdzeniowej) poza granicę zagrożenia termicznego i rozprowadzane jest krew po całym organizmie. Ciepło z krwią przez konwekcję dostaje się do powłoki powierzchniowej. W niższych temperaturach otoczenia zewnętrzna powierzchnia ciała ma niższą temperaturę od jego wnętrza.  W powłoce powierzchniowej temperatura spada warunkując transport ciepła przez przewodnictwo. Transport ten uzależniony jest od przewodności właściwej warstw powierzchniowych, spadku temperatury oraz od powierzchni, przez którą ciepło jest przewodzone. Przewodność właściwa tkanki (l) zależy od stopnia jej ukrwienia, co wiąże się ze stanem rozszerzenia naczyń krwionośnych. Średnia temperatura skóry przy temperaturze powietrza 23-24°C zawiera się w granicach 31-35°C.

Utrzymywanie stałej temperatury ciała wymaga odpowiedniego sterowania sposobami oddawania ciepła oraz jego wytwarzania w procesach metabolizmu. Tego rodzaju stan homeostazy zapewnia termoregulacja. Obiektem regulacji jest wnętrze ciała. Wielkością regulowaną jest temperatura. Rolę układu regulującego pełni podwzgórze. Jest to rola podwójna. Podwzgórze pełni role receptora informującego o temperaturze krwi dopływającej do podwzgórza oraz rolę układu sterującego procesami, których zadaniem jest utrzymanie temperatury na stałym poziomie. Anatomicznie i funkcjonalnie podwzgórze składa się z dwóch części:

·         Przednia: ośrodek utraty ciepła, włącza mechanizmy odpowiedzialne za szybkie oddawanie nadmiaru wytworzonego ciepła;

·         Tylna: ośrodek zachowania ciepła, włącza mechanizmy nie dopuszczające do jego utraty w nadmiarze lub wytwarzające ciepło.

Utrzymanie stałej temperatury wnętrza ciała (część rdzenna) wymaga odprowadzania ciepła wytworzonego w organizmie do otoczenia. Rozpraszanie ciepła odbywa się przez:

·          Skórę

·          Błony śluzowe

·          Znikome ilości z kałem i z moczem.

Organizm traci ciepło z powierzchni ciała poprzez:

·          Przewodzenie (kondukcja): zachodzi tylko do ciała, z którym styka się zewnętrzna powierzchnia organizmu, w normalnych warunkach zawsze będzie to ciało zimniejsze, więc ciepło będzie tracone.

·          Przenoszenie (konwekcja): zimniejsze otoczenie po ogrzaniu ulega przemieszczeniu.

·          Promieniowanie: jest tym silniejsze, im powierzchnia absorbująca jest ma niższą temperaturę. Większa wymiana ciepła zachodzi w odwrotnym kierunku.

·          Parowanie, najbardziej wydajny sposób utraty ciepła z organizmu do otoczenia. Wyparowanie 1 kg wody powoduje utratę 585 cal (2451 J), zachodzi do powietrza cieplejszego od organizmu, o niskiej prężności pary.

Człowiek obnażony w warunkach przemiany podstawowej (w kalorymetrze temp. 26°C) traci ciepło przez konwekcję 11%, promieniowanie 67%, wyparowanie 22%, z kałem, moczem 1%. W temperaturze 30°C  człowiek traci ciepło przez konwencję 15%, promieniowanie 49% i parowanie 36%. Stosunki te zmieniają się, jeśli człowiek wykonuje pracę fizyczną.

  Zasadnicze typy reagowania na zmiany temperatury:

·          Behawioralny: zmiany zachowania, odzież, otoczenie.

·          Fizjologiczny.

1. Regulacja chemiczna. Sterowanie metabolizmem: utrata ciepła powoduje wzrost tempa procesów metabolicznych. W odpoczynku około 70% ciepła wytwarzane jest w naczyniach tułowia i mózgu, w czasie wysiłku fizycznego (ćwiczenia) ok. 90% ciepła wytwarzane jest przez mięśnie. Zwiększenie przepływu krwi jest konieczne, aby pracującym mięśniom dostarczyć tlen i pożywienie, w celu podtrzymania ciągłych skurczy, a także służy rozproszeniu ciepła z pracujących mięśni do reszty ciała. Dzięki wzrostowi krążenia zachodzi utrata ciepła z wnętrza ciała i chłodzenie narządów wewnętrznych.
2. Regulacja fizyczna. Kontrola naczynioruchowa. Ciepło powoduje rozszerzenie powierzchownych naczyń krwionośnych (ochrona przed przegrzaniem), zimno powoduje skurcz powierzchownych naczyń (ochrona przed utrata ciepła).
3. Regulacja fizyczna. Pocenie się.

Reakcje fizjologiczne zachodzące automatycznie wewnątrz ustroju zabezpieczające utrzymanie stałej temperatury wnętrza kierowane są złożoną siecią wyspecjalizowanych neuronów – termostat biologiczny. Rozróżnia się następujące części:

1. Źródło ciepła (termogeneza). Ciepło metaboliczne nierównomiernie powstaje w całym organizmie. W spoczynku: mózg 18%, n. wewnętrzne i mm. oddechowe 56%, mm. szkieletowe 18%. Umiarkowany wysiłek: mózg 3%, n. wewnętrzne i mm. oddechowe 22%, mm. szkieletowe 73%. Mózg jest szczególnie wrażliwy na przegrzanie, w jego głębokich strukturach znajduje się ośrodek termoregulacji.
2. Czujniki termiczne – termoreceptory przetwarzają temperaturę na kod bioelektryczny o częstotliwości potencjałów proporcjonalnych do jej poziomu. Ośrodkowe: mózg, rdzeń. Obwodowe: skóra, błony śluzowe. Receptory obwodowe reagują szybciej i są mniej czułe, niż receptory ośrodkowe. Obniżenie temperatury skóry np. o 8°C  wywołuje wzrost procesów metabolicznych na takim samym poziomie, jak obniżenie temperatury podwzgórza o 0.3°C. receptory skórne reagują również na szybkość zmian temperatury. 
3. Ośrodek termoregulacji. Znajduje się w podwzgórzu, ocenia aktualną stan termiczny ustroju i programuje odpowiedzi korygujące procesy produkcji i rozpraszania ciepła. Podwzgórze w roli komparatora otrzymuje informacje o poziomie na jakim ma być utrzymywana temperatura wewnętrzna ciała, czyli o temperaturze odniesienia (set point). Jedna z hipotetycznych interpretacji mechanizmu termoregulacji zakłada, że odchylenie temperatury od poziomu odniesienia wyzwala reakcję proporcjonalną do wielkości tego odchylenia, nazwanego uchybem regulacji. Temperatura odniesienia nie jest stała. Zmienia się w rytmie dobowym, niższa nocą, wyższa w godzinach popołudniowych,
   w czasie wykonywania wysiłku fizycznego, w stanach pobudzeń emocjonalnych
   i psychicznych, w chorobie.
4. Wewnątrzustrojowy przenośnik ciepła. Szybko krążąca krew stanowi 5% masy ciała. Krew pełni zasadniczą rolę w przenoszeniu ciepła wewnątrz ustroju, jest pośrednikiem między wnętrzem ciała a powierzchnią.
5. Efektory termoregulacyjne rozpraszające lub oszczędzające ciepło. Związane są z powierzchnią ciała, ich zadaniem jest zmiana intensywności rozpraszania ciepła. Element statyczny: grubość podskórnej tkanki tłuszczowej i gęstość owłosienia (małe znaczenie u ludzi). Elementy dynamiczne zależą od sterowanego przez ośrodek termoregulacji przepływu krwi przez skórę i błony śluzowe oraz od mechanizmów wzmożenia lub hamowania pocenia się.

I mechanizm: regulacja przepływu krwi w żyłach powierzchownych (przeciwprądowy wymiennik ciepła). Zwężenie żył powierzchownych powoduje ochłodzenie skóry do poziomu chłodniejszego otoczenia i skierowanie powrotu krwi żyłami głębokimi, które biegną zawsze równolegle i tuż koło tętnic. Krew tętnicza ochładza  się stopniowo w miarę zbliżania się do chłodnych powłok i oddaje swoje ciepło sąsiadującym z nią naczyniom krwionośnym o kierunku przeciwnym do tętniczego. Straty ciepła do chłodnego otoczenia są małe, a wnętrze nie ulega oziębieniu. Skierowanie powrotu krwi do żył powierzchownych kosztem głębokich – ogrzewa powłoki ciała do temperatury jego wnętrza zwiększając straty ciepła (temp. otoczenia musi być co najmniej o 10°C niższa o temp. wnętrza ciała). Wtedy skórny efektor rozpraszania nazywa się suchym (w kończynach).   

II mechanizm: regulacja przepływu skórnego w palcach dłoni i śluzówce za pomocą zamknięcia lub otwarcia anastemoz tętniczo-żylnych. Ich pełna drożność powoduje omijanie sieci naczyń krwionośnych i znacznie przyspiesza przepływ krwi przez powłoki, zapewniając utrzymanie temperatury powłok na poziomie prawie identycznym z temperaturą krwi w sercu.

Granice tolerancji zmian temperatury

Człowiek może trwać w stanie homeostazy tylko w określonych warunkach środowiska. Zbyt wysoka temperatura otoczenia wprowadza ustrój w stan hipertemii. Ciepło oddawane do otoczenia nie jest w stanie zbilansować ciepła wytwarzanego w organizmie i jego temperatura wnętrza rośnie. Przy zbyt niskiej temperaturze otoczenia – stan hipotermii, gdy  ciepło oddawane do otoczenia przeważa nad ciepłem wytwarzanym, temperatura wnętrza zmniejsza się. Odchylenia temperatury wnętrza (w normie około 37°C) o około 2°C  są przez organizm tolerowane. Wzrost temperatury wewnętrznej do 41-42°C  powoduje zakłócenia w funkcjonowaniu centralnego ośrodka, co prowadzi do włączenia termoregulacji. Wzrost temperatury ciała powoduje  wzmożenie procesów metabolicznych, co pociąga za sobą wzrost wytwarzania ciepła. Sprzężenie zwrotne staje się dodatnie, wzmacnia skutki zakłócenia. Przy temperaturze wewnętrznej 44-45°C  w organizmie zachodzą nieodwracalne zmiany kończące się śmiercią osobnika. Obniżenie temperatury wewnętrznej poniżej 33°C  wprowadza zaburzenia w sprawnym działaniu termoregulacji, a przy 30°C  jej całkowite wyłączenie. Przy 28°C  pojawia się zagrażające życiu zaburzenie rytmu serca. Organizm ludzki jest bardzie odporny na hipo niż hipertermię. Pod ścisłym nadzorem, na krótki okres czasu temperatura wewnętrzna może zostać obniżona nawet do 24°C  (hipotermia kliniczna przy zabiegach chirurgicznych na sercu). Granice tolerancji zmian temperatury przedstawiono poniżej.

Wpływ temperatury na organizm uzależniony jest od wilgotności powietrza. Im bliżej stanu nasycenia jest para wodna zawarta w powietrzu, tym gorsze są warunki parowania. Przy temperaturach powietrza niższych od 30°C  nie stwierdza się istotnego wpływu wilgotności na temperaturę skóry. Wilgotność ta wpływa jednak na odczucie komfortu /temp. powietrza 25-35°C  i wilgotność 40-75%/. Wilgotność powietrza nabiera istotnego znaczenia w wysokich temperaturach, szczególnie jeśli przekraczają temperaturę skóry, przy wilgotności 100% parowanie staje się niemożliwe. Przy temperaturach skóry wyższych od temperatury  powietrza, nawet przy wilgotności 100%, parowanie wody wydzielanej z potem jest możliwe. Organizm człowieka nie toleruje temperatury powietrza wyższej od temperatury skóry. Zwłaszcza przy dużej wilgotności. W całkowicie suchym powietrzu przy całkowitym spoczynku temperatura wewnętrzna ciała nie zmienia się przy przebywaniu w temperaturze nawet 115°C, w czasie nie dłuższym niż 15 minut. Bardzo ważny dla wymiany ciepła między organizmem a otoczeniem jest ruch powietrza. Wzmaga on konwekcję i w pewnym stopniu parowanie. Zwiększenie szybkości ruchu powietrza od 0.1m/s do 0.5m/s przy temperaturze powietrza około22°C  powoduje zmniejszenie temperatury skóry obnażonego człowieka w przybliżeniu o 4°C.  

Ciało  ludzkie reaguje na zmiany temperatury w celu ochrony tkanek przed uszkodzeniem w wyniku działania czynników termicznych i utrzymania termicznej homeostazy. Lokalne i ogólne (systemowe) reakcje zależą od informacji zainicjowanej przez receptory umieszczone w skórze i płynącej drogami wstępującymi do podwzgórza i do kory, gdzie świadomie odbieramy odczucie ciepła. Podwzgórze monitoruje temperaturę krwi w kapilarach w samym podwzgórzu. Odczucie bólu jest sygnałem, że tkanka jest w niebezpieczeństwie. W zależności od czasu działania czynnika termicznego może powstać uszkodzenie lub martwica.